Сигнал в слуховой системе начинается, когда звуковые колебания попадают в ухо, вызывая очень маленькие движения внутри органа слуха. «Слуховые клетки» (или волосковые клетки) улавливают эти движения с помощью специальных ионных каналов. У типичного ионного канала есть «ворота», которые в обычном состоянии закрыты. Движения в ухе должны как-то передаваться на эти ворота, чтобы «потянуть» их и открыть канал. Учёные давно предположили, что такая передача осуществляется посредством «пружины запуска» (gating spring). Как пружина шариковой ручки, она обладает упругостью. Когда эта пружина растягивается, ворота канала открываются, и через пору ионного канала в клетку устремляются ионы.
На протяжении более 40 лет поиск этих «запускающих пружин» оставался безуспешным, однако недавно в слуховом органе плодовой мушки (Drosophila) учёные обнаружили кандидат: ионный канал, который, кроме поры и ворот, включает ещё и спирально закрученную область, напоминающую пружину в шариковой ручке.
Группа под руководством профессора Мартина Гёпферта (Martin Göpfert), заведующего кафедрой клеточной нейробиологии в Университете Гёттингена, решила проверить, выполняет ли эта спираль роль «пружины запуска».
«Мы предположили, что если удвоить (дублировать) спираль, жёсткость предполагаемой пружины должна уменьшиться вдвое. Однако подобного не наблюдалось», — объясняет доктор Томас Эффертц (Thomas Effertz) из Университетского медицинского центра Гёттингена (UMG), один из ведущих авторов работы.
Дальнейшие опыты показали, что сама спираль весьма жёсткая, но она крепится к воротам канала через «гибкий шарнир», который и даёт эластичность. Когда учёные удвоили именно этот шарнир (поместив два шарнира последовательно), жёсткость открывающей пружины уменьшилась вдвое. Значит, именно шарнир выполняет роль «пружины запуска», а не спираль.
«Мы буквально увидели на молекулярном уровне, что при механическом напряжении изгибается не спираль, а гибкое сочленение, — комментирует профессор Берт де Гроот (Bert de Groot) из Института мультидисциплинарных наук Макса Планка (Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences) в Гёттингене.
Доктор Филип Хельерт (Philip Hehlert) из гёттингенской кафедры клеточной нейробиологии, также ведущий автор статьи, добавляет:
«Мы предполагаем, что подобные открывающие пружины спрятаны во всех ионных каналах, в том числе в человеческом ухе. Независимо от того, как именно открывается канал — механически, электрически или химически, — его ворота должны быть “упруго закреплены”, чтобы реагировать на сигнал. Это закрепление и есть та самая пружина запуска (gating spring)».
Таким образом, результаты исследования не только позволяют глубже понять, с чего начинается процесс слухового восприятия на молекулярном уровне, но и помогают разобраться в более общих принципах функционирования ионных каналов. Эти каналы играют важную роль во всех клетках организма и лежат в основе всех сенсорных систем.
